135441 (Навигационные комплексы Гланасс и Новстар), страница 7

Многоканальная аппаратура различных разработок, как правило, имеет следующие основные технические характеристики:

чувствительность приемника не хуже 166 дБВт;

погрешность измерения квазидальности не хуже 1,5 м ,

квазискорости не хуже 1,5 см/с при отношении с/ш, равном 30 дБГц,

и при следующей динамике движения потребителя:

максимальная скорость до 1100 м/с и выше,

ускорение до 10g,

рывок до 5g/с;

помехоустойчивость при поиске 24 дБ (кодС/А),

при слежении 40 дБ (код Р),

при удержании сигнала 47 дБ (код Р),

погрешность определения плановых координат не хуже 10 м;

время до первого определения координат не более 2,5 мин.

Как видно из изложенного для решения задачи поставленной в дипломном проекте достаточно одноканальной аппаратуры потребителей. Наиболее предпочтительным вариантом является аппаратура «АСН-37».

2.3.Выбор и обоснование структурной схемы аппаратуры сверки и коррекции ШВ

Для вычисления поправки к ШВ ЭЧ как наиболее удовлетворяющий современным тенденциям области проектирования устройств цифровой обработки информации будем использовать микропроцессорный элемент. Тем самым мы обеспечим гибкость разработанного вычислителя по отношению к изменениям в его структуре (например, изменение алгоритма вычисления), уменьшится количество применяемых элементов, снизится стоимость разработки на этапе проектирования и внедрения, повысятся характеристики по точности и быстродействию. Таким образом, очевидно, основным элементом вычислительного-корректирующего устройства является микропроцессор.

Упрощенно структура микропроцессорного ядра включает в себя микропроцессор, микросхему постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) для хранения управляющей программы, микросхему ОЗУ для хранения оперативной информации и микросхему электрически стираемого ПЗУ, а так же микросхему интерфейса для связи с внешними устройствами. В ЭППЗУ можно хранить установки режимов работы, ряд констант, поправки к ШВ UTC, СЕВ и прочую информацию, которая не является постоянной, но не меняется на протяжении длительного промежутка времени.

Т. к. в качестве АПШВ нами принята система «АСН-37», не имеющая собственных органов управления необходимо предусмотреть пульт управления и индикаторное устройство.

Для нормального функционирования процессора в условиях некачественного питания, следует дополнить разрабатываемое устройство рядом функциональных узлов, которые позволили бы исключить такие опасные явления, как работа в неопределенном режиме, а также генерирование неопределенных состояний портов при неполноценном сбросе. Работа вычислительного узла в неопределенном режиме опасна, поскольку в данном случае процессор может выполнять действия, не предусмотренные программой. Процессор может войти в этот режим при медленных изменениях напряжения питания (например, при включении и выключении), когда сигнал сброс не функционален. Если напряжение питания упадет ниже критического значения, а затем восстановится (либо будет медленно снижаться), а сигнал сброса в этот момент не поступит, то произойдет описанный эффект. Для борьбы с этим явлением требуется специальная схема, назначение которой – подавать сброс на процессор в те моменты, когда напряжение питания находится ниже допустимого уровня.

Структурная схема такого устройства изображена на листе 2 графического материала и в Приложении. Она является базой для дальнейшего построения на её основе функциональной и принципиальной схем.

2.4. Выбор и обоснование функциональной схемы устройства сверки и коррекции ШВ

Как уже говорилось выше основной частью устройства сверки и коррекции ШВ является микропроцессорное ядро.

2.4.1. Выбор микропроцессора

Основой микропроцессорного ядра является собственно микропроцессор. Поэтому от его выбора в основном и зависит выбор остальных составляющих. При его выборе зададимся следующими параметрами:

• быстродействие;

• точность;

• трудоемкость вычислений.

Существует большое количество микропроцессоров и микроЭВМ, выпускаемых различными фирмами в различных странах. Отметим отечественные микропроцессорные комплект серий 580 и 1820. Первый из них известен достаточно давно и широко используется при обучении, однако для наших целей он не годится т. к. имеет ряд существенных недостатков (малая скорость вычислений, несколько напряжений питания, большое число внешних элементов). Достоинством второго процессора является невысокая стоимость и легкодоступность. Но для наших целей он не годится и прежде всего, потому что является 4–х разрядным, что ограничивает его вычислительные возможности. Более производительными являются процессоры серии 1835 отечественного объединения "Интеграл". Центральным процессорным элементом является микросхема К1835ВЕ51.

Достоинством данного процессора является:

• невысокая потребляемая мощность;

• одно напряжение питания;

• сравнительно высокое быстродействие;

• большое адресное пространство;

• легкодоступность.

В процессоре имеется возможность последовательного ввода/вывода данных, что позволит сократить количество линий связи и упростить схему ввода/вывода. В процессоре предусмотрено подключение внешней памяти данных и команд, при этом адресное пространство может быть увеличено до величины 64К для ПЗУ и 64К для ОЗУ.

Выбранный микропроцессор обладает следующими характеристиками:

Разрядность адреса . . . . . 16

Разрядность данных . . . . . 8

Количество регистров общего назначения . . . 32

Разрядность регистров общего назначения . . . 8

Количество каналов обмена . . . 4

Формат команд . . . . . 1,2,3 байта

Объем адресуемой памяти команд . . . 64 кБайт;

Объем внутренней памяти команд . . . 4 кБайт;

Количество (базовых) команд . . . . 111

Время выполнения команд:

сложения регистр–регистр . . . 1.0 мкс;

сложения регистр–память . . . 2.0 мкс;

умножения/деления . . . . 4.0 мкс;

Объем адресуемой памяти данных . . . 64 кБайт;

Объем внутренней памяти данных . . . 128 Байт;

Скорость обмена данных в последовательном канале вв./выв. – 375000 бит/с

2.4.2. Выбор ОЗУ

Внутреннее ОЗУ процессора недостаточно велико, и поэтому прибегаем к применению внешнего ОЗУ. В качестве ОЗУ применим микросхему К537РУ10. Серия 537 построена на основе КМДП – логики. Функциональный ряд серии включает более 20 типономиналов микросхем, отличающихся информационной емкостью (от 1024 до 65 536 бит), организацией (одноразрядная и словарная), быстродействием и потребляемой мощностью. Самой удобной для нас является микросхема со словарной организацией и асинхронным управлением, поскольку при этом не требуется дополнительных средств сопряжения ИС ОЗУ с МП (внутренняя аппаратная поддержка МП настроена на такой тип микросхем ОЗУ). Разрядность данных должна быть равной 8. Выбираем ИС К537РУ10 – микросхему 8–ми разрядного статического ОЗУ, так же выпускаемую отечественным объединением "Интеграл".

Микросхема имеет следующие технические характеристики:

Время выборки . . 20 нс;

Емкость бит . . . 2Кх8;

Потребляемая мощность . 28 мВт;

Диапазон рабочих температур – 10…+ 70С

Совместимость по входу и выходу с TTL и КМОП схемами.

Как уже отмечалось в микропроцессорный узел необходимо включить электрически репрограммируемое ПЗУ. При выборе ИС EEPROM будем руководствоваться прежде всего простотой сопряжения последней с МП. Это относится как к согласованию сигналов (требуется уровень КМОП), так и к организации передачи данных. Удобным является применение последовательного интерфейса, поскольку при этом минимизируется количество используемых выводов процессора. Выберем микросхему EEPROM КР1568РР1. Она имеет объем, равный 256 байт. Микросхему выпускает завод "Интеграл".

Характеристики этой микросхемы таковы:

Напряжение питания . . . . . 5В;

Емкость бит . . . . . . 256х8;

Потребляемая мощность . . . . . 1 мВт;

Сохранность информации при отсутствии питания . 10 лет

Кол-во циклов записи в одну ячейку . . .  10000

Достоинством выбранной микросхемы является применение интерфейса по протоколу I²C, что позволяет сократить число линий связи до двух. Однако в этом случае необходимо программно обеспечить поддержку протокола I²C, что приводит к некоторому усложнению рабочей программы.

2.4.3. Выбор ПЗУ

В микропроцессорное ядро должно входить внешнее ПЗУ, где будет храниться рабочая программа.

В качестве ПЗУ можно взять микросхему К573РФ7 отечественного производства либо микросхему 27С256 фирмы Microchip. Указанные микросхемы удовлетворяют по требованиям к быстродействию. Потребляемая мощность м/сх 24С256 составляет 125 мВт, а у К573РФ7 – 600 мВт.

Основные параметры:

Время хранения информации

при включенных источниках питания > 25000 ч.;

при выключенных источниках питания > 100000 ч.;

Число циклов программирования > 25;

Напряжение питания + 5 В;

Напряжение программирования 21,5 В.

При подключении ПЗУ к МП следует учитывать особенности организации обращения и передачи данных с внешнего ПЗУ у данного процессора. Для передачи данных и для передачи младших разрядов адреса используется одна и та же шина, поэтому требуется аппаратное разделение данных и адресов.

2.4.5. Выбор устройства ввода-вывода

В качестве порта ввода-вывода для обслуживания индикатора и пульта управления выберем м/сх КР580ВВ55А.

Микросхема КР580ВВ55А – программируемое устройство ввода-вывода параллельной информации, позволяющее сопрягать различные типы устройств с шиной данных. Таким образом БИС обеспечивает возможность построения современных систем цифровой обработки.

Основные параметры:

Напряжение питания микросхемы 5 В

Диапазон рабочих температур – 10…+ 70С

Ток потребления 120 мА

2.5. Алгоритм работы устройства СКШВ

Рассмотрим алгоритм вычисления поправки по введенному текущиму времени ЭЧ и временем полученным с НИСЗ. Данный алгоритм представляет собой часть программы обслуживания устройства.

Вначале производится настройка процессора на требуемые режимы работы с внешними устройствами и обмена данными с ними, устанавливаются биты, отвечающие за различные режимы работы процессора. Затем устанавливаются начальные значения необходимых переменных, инициализируются служебные константы, необходимые для работы программы.

Далее осуществляется загрузка текущего врмени ЭЧ, далее – текущего времени с НИСЗ. Для компенсации временной задержки между вводом ШВ ЭЧ и НИСЗ, от последней вычитается время необходимое на её загрузку.

Производится расчёт расхождения между шкалами времени, определяется его знак и выдаётся сигнал на коррекцию ЭЧ.

Производится выдача времени на иникатор в требуемом формате и опрос состояния кнопок ПУ.

Затем цикл повторяется. до тех пор пока длится работа микропроцессорного узла.

Рабочий алгоритм приведён на листе 4 графическрго материала.

2.6. Синтез принципиальной схемы устройства СКШВ

Электрическая принципиальная схема вычислителя представлена на листе 5.

Как уже отмечалось в качестве центрального микропроцессора выберем микросхему К1835ВЕ51.

При подключении ПЗУ к МП следует учитывать особенности организации обращения и передачи данных с внешнего ПЗУ у данного процессора. Для передачи данных и для передачи младших разрядов адреса используется одна и та же шина (порт AD процессора), поэтому требуется аппаратное разделение данных и адресов. С этой целью применим регистр параллельного сдвига, в качестве которого с учетом требований к быстродействию и разрядности применим 8–разрядный регистр К1554ИР23.Выходы порта AD МП и входы Х0...Х7 ИР23 соединим непосредственно, а так же подключим эту шину на выходы D0...D7 ПЗУ. Вывод OE ИР23 следует подключить к нулю, при этом будет разрешен вывод информации на выходы Y0...Y7 ИР23. Сигнал ALE МП подключим к выводу CS ИР23. Наконец, выводы А8...А14 МП подключим к выводам А8...А14 ПЗУ. По этой шине передаются старшие биты адреса считываемой информации. Процесс передачи очередного командного слова в процессор протекает следующим образом. МП выставляет на шину AD0...AD7 и А8...А14 15–ти разрядный адрес считываемого слова. По сигналу ALE ИР23 передает и защелкивает на своем выходе, а значит, на входе ПЗУ, младшие биты адреса, тогда как старшие биты уже там присутствуют. Затем МП подает команду РМЕ, по которой ПЗУ выставляет считываемое слово на шину AD, по которой оно и попадает в процессор.

Порт ввода-вывода осуществляет обмен информацией с микропроцессором по
8-и разрядной двунаправленной шине данных. Для связи с переферийными устройствами используются линии ввода-вывода, сгрупированные в три 8-и разрядных канала A, B, C, направление передачи информации через канал определяются программным способом. Выбор соответствующего канала и направление передачи информации через канал определяются сигналами A0, A1,
, , .